CN106437695B - 一种适用于稠油渗流规律的新型电模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于稠油油藏渗流规律的电模拟装置，对于现有装置中深度1米的大型储液槽盛放了大量的矿物油，相当于一吨汽油的当量，属于易燃易爆的危险品，采用电击穿法来模拟启动压力，1kv击穿电压在击穿瞬间容易产生电火花引爆储液槽中的矿物油，本发明采用了大量的安全预防措施，技术方案实现了水电模拟实验数据测量和采集的自动化，实验中首次对模拟井和供给边界使用了石墨—半导体电阻材料，既有效的模拟了井的内阻和近井地带的附加渗流阻力也避免了被矿物油中添加的油酸所腐蚀，本实验装置实现了全自动注油和远程操控系统，避免了实验人员与危险品的接触，极大地保护了实验人员的生命安全。

Description

一种适用于稠油渗流规律的新型电模拟装置

技术领域

本发明关于油气渗流技术，特别涉及一种稠油渗流规律的电模拟系统及方法。

背景技术

油藏渗流机理实验研究方法主要分为岩心实验和水电模拟实验两类。岩心实验可采用实际油藏岩心进行，与实际地质情况较为接近，可直接测得较准确的产量、压力、含水等变化规律，但是岩心、井筒、裂缝模型等制作难度大，实验周期一般较长，费用较高。

水电模拟实验是根据水电相似原理而研制的一种模拟实验方法。水电模拟实验是利用电的某些物理现象来重演所要研究的对象，即利用相同的数学微分方程所表示的物理现象来互相模拟。随着投入开发的油田越来越复杂，各种复杂水平井和压裂增产措施应用越来越广泛，对油藏渗流机理实验研究手段的要求也越来越高，电模拟实验可任意加工制作各种复杂井筒和裂缝模型，实验周期较短，因此在这方面水电模拟相对于岩石实验更有优势。

在稠油油藏中，稠油黏度高，渗流阻力大，会产生渗流规律偏离达西定律的现象。由于液-固界面相互作用力较大，驱动压力只有超过某一初始压力梯度时候，稠油才会开始流动。电模拟相对岩心模拟更有优势。

现有技术：现有的稠油油藏渗流规律的电模拟装置如图1所示，主要是由电源、电流表、电控单元、开关、镇流器、模拟井底或裂缝、探针、储液槽组成。1—电源；2—电流表；3、10—电控单元：具备变频、调整波形、电压、交直流及数据记录功能；4—开关；5—镇流器：可瞬时将电压提高至上千伏以满足击穿电压条件，并在击穿后稳定电流；6—模拟井底或裂缝；7—探针：探针外覆有绝缘膜，仅末端外露1mm金属探针，以减小探针与储液槽深部时浅部电场对测试的影响，提高垂向测量精度；8—储液槽：深度1m，可有效模拟垂向渗流规律；9—紫铜带模拟边界。油藏的启动压力梯度由电解液的击穿电压模拟，由于常规实验电解液不存在击穿电压，因而该装置中使用由矿物油与植物油混配而成的电解液，其导电性及击穿电压与油自身酸值相关，矿物油的击穿电压一般为55kv，通过不同矿物油与植物油配比可达到不同酸值，进而得到不同导电性及击穿电压的电解液，可模拟多种带启动压力梯度的稠油油藏，因此实验中可通过添加甲酸、乙酸增大矿物油酸值达到降低击穿电压的目的，最终使得击穿电压在1kV左右。通过电控单元调整好频率、波形、电压后，接通开关，镇流器开始工作，将电压瞬时提高至千伏达到电解液击穿电压，击穿后电压恢复并稳定于预设状态，其全程电压、电流变化等数据由电控单元记录并储存。通过改变探针在储液槽中的位置测量并记录不同坐标下的电势。详见中国发明专利文献“一种适用于稠油油藏渗流规律的电模拟装置”(申请公布号：CN 104533401A，申请公布日：2015.04.22)，和科学技术与工程期刊“考虑启动压力梯度的直井压裂渗流模型与实验”[J].2015(22):17-23.曲占庆,周丽萍,郭天魁,等)。

现有技术存在有如下问题：第一，对于现有实验装置，深度1米的大型储液槽盛放了大量的矿物油，相当于一吨汽油的当量，属于易燃易爆的危险品，采用电击穿法来模拟启动压力，1kv击穿电压在击穿瞬间容易产生电火花引爆或引燃储液槽中的矿物油，该实验装置未采取任何防火防爆防静电措施，对于实验环境十分危险。第二，甲酸、乙酸稀释后对金属有强烈腐蚀性，实验中采用1mm的金属探针和紫铜带供给边界非常容易与酸发生剧烈的化学反应，甲酸、乙酸含量急剧减少，配置的矿物油电导率急剧降低，测量出的电势值误差极大。第三，甲酸对人体健康损害极大，主要引起皮肤、粘膜的刺激症状，接触后可引起结膜炎、眼睑水肿、鼻炎、支气管炎，重者可引起急性化学性肺炎。该实验中未对所使用的甲酸进行任何防护措施。第四，甲酸还原性极强，在室温慢慢分解成一氧化碳和水，由于甲酸的这种不稳定的化学性质，使得矿物油中产生了大量的水分子，形成了越来越多的酸溶液，使得矿物油电导率大幅增大，由于该实验中手动改变探针在储液槽中的位置测量并记录不同坐标下的电势需要大量的记录测量时间，导致了测得的三维电势分布误差极大。第五，矿物油闪点150℃左右，添加甲酸、乙酸来降低击穿电压，添加的甲酸闪点69℃，乙酸闪点39℃，爆炸极限(％)：4.0～17。两种物质在放电情况下产生的高温电火花肯定会起火爆炸，十分危险。闪点，是在规定的试验条件下，使用某种点火源造成液体汽化而着火的最低温度。闪燃是液体表面产生足够的蒸气与空气混合形成可燃性气体时，遇火源产生短暂的火光，发生一闪即灭的现象，闪燃的最低温度称为闪点。第六，人工给储液槽注入矿物油时，矿物油蒸汽易与空气中静电火源接触导致爆炸事故。第七，该水电模拟实验装置是一种手动装置，测量时需要手动丝杠定位，需要手工记录电压电流等数据。工作量非常大，并且精度、效率很低，容易造成比较大的实验误差。第八，该实验装置没有考虑井筒内阻的影响，稠油油藏实际生产过程中井筒内粘滞效应和井筒附近径向流渗流阻力不可忽略，实验所采用的模拟井或裂缝未考虑井筒及井筒附近渗流阻力。第九，在击穿电压1kV左右进行测量时，测量人员容易发生触电事故。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于稠油油藏渗流规律的电模拟装置。

一种适用于稠油油藏渗流规律的电模拟装置如图2所示，它由电源、电控单元、电控开关、镇流器、石墨模拟压裂井和水平井裂缝、石墨探针、密封储液槽(上方装有接口转换器、密封开关)、接口转换器(连接有注油管、连接真空抽气管、密封开关)、真空抽气泵、恒温空调机、注油管道、抽气管道、注油液量控制仪、数采仪(包括记录仪和取点仪)、监视器(连接主控电脑)、可燃气体安全监测仪(包括可燃气体探测器和报警装置)、控制终端电脑、应急自动二氧化碳灭火机(包括灭火毯)组成。

所述的取点仪如图3所示，用塑料轨道固定在密封储液槽内，可以自由进行二维移动，并且可以传输无线信号，与记录仪实行正常信号通讯。

所述的塑料密封储液槽上有接口转换器、密封开关，并与注油管道、抽气管道相连。

所述的密封储液槽中盛放有事先配置好比例的油酸。由于现有技术使用的甲酸、乙酸为易燃易爆易挥发并且是对实验人员有危害的危险品，本发明中采用油酸来代替甲酸、乙酸与矿物油混合来提高导电性。油酸闪点189℃，室温不易挥发、分解与矿物油互溶可以代替甲酸、乙酸，使实验条件更加安全。

所述的接口转换器可与控制终端电脑进行无线通信，接收到控制终端电脑指令后，接口转换器与注油管线相连，通过密封开关1控制注油管道导通或关闭，完成注油过程后并且收到控制终端电脑给出的信号后，接口转换器与真空抽气泵相连，通过密封开关2控制抽气管道导通或关闭，完成真空抽气过程后，接口转换器的两个密封开关均关闭，完成真空密封。

所述的接口转换器具有无线信号收发装置以及智能芯片控制装置。

所述的石墨探针可伸缩，连接在取点仪内，可由取点仪内部的位置传感器来控制伸缩量以进行三维测量。

所述的注油液量控制仪接在塑料密封储液槽外部，当液面上升到指定高度时可发射无线信号与开关转换器进行通信。

所述的数采仪由记录仪和取点仪组成，记录仪与取点仪可进行无线通信。

所述的控制终端电脑与记录仪、有连接线路连接，控制终端电脑通过对记录仪下达指令来控制取点仪进行取点。

所述的控制终端电脑位置与实验室位置较远，为一个安全距离，可对实验室装置进行远程操控。

所述的可燃气体安全监测仪与应急自动二氧化碳灭火机相连，可根据检测结果来自动采取措施灭火。

所述的石墨模拟压裂井和模拟水平井裂缝采用的石墨—半导体材料的结构如图4所示，基本骨架为一体化半导体电阻，石墨外管中嵌套着半导体电阻，并通过挤压成型紧密成为一体，以模拟稠油油藏近井渗流阻力和井筒内阻、采油井筒粘滞力。

所述的半导体电阻电导率可根据实际模拟井内阻来选取合适的电导率。

所述的监视器安装在实验室，监视器与控制终端电脑相连，控制终端电脑可以实时监视实验室所处的情况。

所述的石墨带供给边界和石墨模拟井和水平井裂缝所采用的石墨和半导体电阻经过特殊防腐处理并且纯度较高，化学性质稳定，不与酸发生化学反应。

所述的恒温空调机装有有温度传感器，当温度大于20℃时会自动降温。

所述的取点仪内部装有可测电压和电流的小型万用表，并可将测得数据发送给记录仪。

所述的电控开关可接收来自控制终端电脑的无线信号来控制开关导通或断开。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为现有技术所提供的稠油渗流规律的电模拟装置。

图2所示为本发明所提供的稠油渗流规律的电模拟装置的结构示意图。

图3所示为密封储液槽的具体结构示意图。

图4所示为石墨—半导体井筒结构示意图。

图5所示为石墨模拟压裂直井结构示意图。

图6所示为石墨模拟压裂水平井结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图2为本发明装置组成结构图。一种适用于稠油油藏渗流规律的电模拟装置，它由电源、电控单元、电控开关、镇流器、石墨模拟压裂井或水平井裂缝、石墨探针、密封储液槽(上方装有接口转换器、密封开关)、接口转换器(连接有注油管、连接真空抽气管、密封开关)、真空抽气泵、恒温空调机、注油管道、抽气管道、储油罐、注油液量控制仪、记录仪、监视器(连接主控电脑)、可燃气体安全监测仪(包括一个可燃气体探测器和一个报警装置)、控制终端电脑、应急自动二氧化碳灭火机(包括灭火毯)组成；1—控制终端电脑；2—记录仪；3—储油罐；4—电源；5—电控单元和电控开关；6—镇流器：可瞬时将电压提高至上千伏以满足击穿电压条件，并在击穿后稳定电流；7—真空抽气泵；8—密封储液槽；9—注油液量控制仪；10—接口转换器；11—监视器；12—恒温空调机；13—可燃气体安全监测仪；14—应急自动二氧化碳灭火机。

图3所示为密封储液槽的具体结构示意图，它由电源、电控单元、电控开关、镇流器、石墨模拟压裂井或水平井裂缝、取点仪、横向塑料轨道、石墨带供给边界、纵向塑料轨道、密封储液槽组成；1—电源；2—电控单元；3—电控开关；4—镇流器；5—石墨模拟压裂井或水平井裂缝；6—取点仪；7—横向塑料轨道；8—石墨带供给边界；9—纵向塑料轨道；10—密封储液槽。

图4所示为石墨—半导体井筒结构示意图，其中1—石墨材料，2—半导体电阻材料。

本发明装置工作流程：正常工作时，恒温空调机开始运行，控制终端电脑给接口转换器注油的信号后，密封开关打开，储油罐通过注油管线向密封储液槽中注油，达到所需的注油量时，注油液量控制仪给接口转换器发出停止信号，接口转换器发出指令密封开关1关闭，接口转换器继续发出指令密封开关2打开，真空抽气泵开始工作，真空抽气过程结束后，接口转换器发出指令密封开关1、密封开关2均关闭。控制终端电脑给电控开关导通信号后，电控单元调整好频率、波形、电压后，电控开关导通，镇流器开始工作，将电压瞬时提高至千伏达到电解液击穿电压，击穿后电压恢复并稳定于预设状态。控制终端电脑在已生成的坐标系下选取好多个待测点开始测量，通过无线信号发送给记录仪，记录仪每发送给取点仪一个待测点坐标，取点仪接收到坐标信号后，其内部的位置传感器控制取点仪在塑料轨道上移动，改变探针在储液槽中伸缩的位置，即可三维测量电势，并将测得的数据发送给记录仪，记录仪记录下该点位置坐标和电势后，记录仪再发送下一个点的位置坐标给取点仪，以此类推，直到测量完所有待测点。当出现异常事故时，如仪器设备密封不严，可燃气体挥发泄漏，可燃气体安全监测仪立即报警，同时应急自动二氧化碳灭火机也自动工作，控制终端电脑收到报警信号，可通过监视器监测事故进展。

如图5所示为石墨模拟压裂直井结构示意图，选用此模型可研究竖直井压裂渗流规律。

如图6所示为石墨模拟压裂水平井结构示意图，选用此模型可研究水平井裂缝渗流规律。

本发明的有益效果在于，第一，对于现有装置中深度1米的大型储液槽盛放了大量的矿物油，相当于一吨汽油的当量，属于易燃易爆的危险品，采用电击穿法来模拟启动压力，1kv击穿电压在击穿瞬间容易产生电火花引爆储液槽中的矿物油，本发明采用了大量的安全预防措施，控制实验室温度，对储液槽进行密封，将储液槽进行抽真空处理，有效的避免了矿物油蒸汽同氧气混合发生爆炸的事故以及甲酸在空气中的的氧化反应，设置了应急自动二氧化碳灭火机和可燃气体安全监测仪，较好的预防和应对了实验中易出现的事故；第二，需要人为手动操作的仪器只有控制终端电脑并且在距离实验室较远的安全区域内，即使发生了事故，也能避免人员损失，极大地保障了实验人员的生命安全；第三，技术方案实现了水电模拟实验数据测量和采集的自动化，极大地减少了人工手动操作，避免了测量人员出现触电事故，测试时间由原来的2小时减少为目前的45分钟左右，显著的提高了实验效率，数采仪定位精度可精确至±0.01毫米，明显的减小了实验误差；第四，实验中首次对模拟井和供给边界使用了石墨—半导体电阻材料，既有效的模拟了井筒内阻和近井地带的附加渗流阻力也避免了被矿物油中添加的油酸所腐蚀，较原实验装置大大提高了电场和电势的稳定性；第五，本实验装置使用了恒温空调机，有效的控制了温度变化，在整个实验过程中温度不会到达闪点温度，避免了燃烧爆炸事故的发生；第六，使用油酸代替甲酸、乙酸来增加矿物油导电性，避免了人体同甲酸、乙酸等危险品的接触，极大地保护了实验人员的生命安全，油酸闪点较高，不易挥发，增加了实验的安全性；第七，本实验装置实现了全自动注油过程，在混合矿物油和油酸比例时比人工注油操作更精确；第八，本装置中采用了这种装置在水电模拟实验中的成功应用，为以后模拟稠油油藏和复杂边界条件求取启动压力奠定了基础。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于稠油渗流规律的新型电模拟装置，其特征在于所述的电模拟系统包括：

电源、电控单元、电控开关、镇流器、石墨模拟压裂井和水平井裂缝、石墨探针、密封储液槽、接口转换器、真空抽气泵、恒温空调机、注油管道、抽气管道、注油液量控制仪、数采仪、监视器、可燃气体安全监测仪、控制终端电脑、应急自动二氧化碳灭火机；

所述密封储液槽上方装有接口转换器、密封开关，所述接口转换器连接有注油管、真空抽气管、密封开关，所述数采仪包括记录仪和取点仪，所述监视器连接主控电脑，所述可燃气体安全检测仪包括可燃气体探测器和报警装置，所述应急自动二氧化碳灭火机包括灭火毯；

所述接口转换器包括第一密封开关和第二密封开关，所述第一密封开关控制所述注油管道导通或关闭，所述第二密封开关控制所述抽气管道导通或关闭；

所述石墨探针进行三维移动、准确取点并测量三维电压分布；

所述密封储液槽盛放油酸来代替甲酸、乙酸，以增加矿物油导电性；

所述的电模拟系统工作流程包括：正常工作时，恒温空调机开始运行，控制终端电脑给接口转换器注油的信号后，密封开关打开，储油罐通过注油管道向密封储液槽中注油，达到所需的注油量时，注油液量控制仪给接口转换器发出停止信号，接口转换器发出指令，第一密封开关关闭，接口转换器继续发出指令，第二密封开关打开，真空抽气管开始工作，真空抽气过程结束后，接口转换器发出指令，第一密封开关、第二密封开关均关闭，控制终端电脑给电控开关导通信号后，电控单元调整好频率、波形、电压后，电控开关导通，镇流器开始工作，将电压瞬时提高至千伏达到电解液击穿电压，击穿后电压恢复并稳定于预设状态，控制终端电脑在已生成的坐标系下选取好多个待测点开始测量，通过无线信号发送给记录仪，记录仪每发送给取点仪一个待测点坐标，取点仪接收到坐标信号后，其内部的位置传感器控制取点仪在塑料轨道上移动，改变探针在密封储液槽中伸缩的位置，即可三维测量电势，并将测得的数据发送给记录仪，记录仪记录下该点位置坐标和电势后，记录仪再发送下一个点的位置坐标给取点仪，以此类推，直到测量完所有待测点，当出现异常事故时，如仪器设备密封不严，可燃气体挥发泄漏，可燃气体安全监测仪立即报警，同时应急自动二氧化碳灭火机也自动工作，控制终端电脑收到报警信号，可通过监视器监测事故进展。

2.如权利要求1所述的适用于稠油渗流规律的新型电模拟装置，其特征在于，控制终端电脑可对各实验设备进行远程操控。

3.如权利要求1所述的石墨模拟压裂井和水平井裂缝，其特征在首次对模拟井和供给边界使用了石墨—半导体电阻材料。